2020人教版物理学案选1-3(山东专用)第6章 第7、8节 核聚变 粒子和宇宙

第7、8节核聚变__粒子和宇宙

1.两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫核聚变。2．约束核聚变材料的方法：磁约束和惯性约束。

3．粒子分为三大类，有媒介子、轻子、强子。美国物理学家盖尔曼提出，强子是由夸克构成的。

一、核聚变1．定义

两个轻核结合成质量较大的原子核的反应。2．条件

(1)轻核的距离要达到10

－15

_m 以内。

(2)聚变可以通过高温来实现，因此又叫热核反应。3．核反应举例

(1)热核反应主要应用在核武器上，如氢弹。

(2)热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆。(3)典型的核聚变：一个氘核和一个氚核的聚变，

21

H＋31H→42He＋1

0n＋γ

该反应平均每个核子放出的能量比裂变反应平均每个核子放出的能量大3～4倍。4．聚变与裂变相比有很多优点(1)轻核聚变产能效率高。(2)地球上聚变燃料的储量丰富。(3)轻核聚变更为安全、清洁。

5．聚变的难点：地球上没有任何容器能够经受热核反应的高温。6．控制方法

(1)磁约束：利用磁场约束参加反应的物质，目前最好的一种磁约束装置是环流器。

(2)惯性约束：聚变物质因自身的惯性，在极短时间内，来不及扩散就完成了核反应，在惯性约束下，

用激光从各个方向照射反应物，使它们“挤”在一起发生反应。

二、粒子和宇宙

1．“基本粒子”不基本

(1)19世纪末，人们认为原子是组成物质的不可再分的最小微粒。

(2)后来认为光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子，并称为“基本粒子”。

随着科学的进一步发展，科学家们逐渐发现了数以百计的不同种类的新粒子，它们都不是由质子、中子、电子组成的，另外又发现质子、中子等本身也有自己的复杂的结构。所以，从20世纪后半期起，就将“基本”二字去掉，统称为粒子。

2．发现新粒子与夸克模型

(1)反粒子

实验中发现，对应着许多粒子都存在质量、寿命、自旋等物理性质与过去已经发现的粒子相同，而电荷等其他性质相反的粒子，这些粒子叫做反粒子。例如，电子的反粒子就是正电子。

(2)粒子的分类

按照粒子与各种相互作用的不同关系，可将粒子分为三大类：

①强子：参与强相互作用的粒子，质子是最早发现的强子。

②轻子：不参与强相互作用的粒子，最早发现的轻子是电子。

③媒介子：是传递各种相互作用的粒子，如光子、中间玻色子、胶子。

(3)夸克模型的提出

1964年提出的夸克模型，认为强子是由更基本的夸克组成的。

3．宇宙及恒星的演化

(1)宇宙演化

根据大爆炸理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期。在大爆炸之后逐渐形成了夸克、轻子和胶子等粒子，随后经过强子时代、轻子时代、核合成时代。继续冷却，质子、电子、原子等与光子分离而逐步组成恒星和星系。

(2)恒星的演化

①恒星的形成：大爆炸后，在万有引力作用下形成星云团，进一步凝聚使引力势能转变为内能，温度升高，直到发光，于是恒星诞生了。

②恒星演变：核聚变反应，层级递进地在恒星内发生，直到各种热核反应不再发生时，恒星的中心密度达到极大。

③恒星归宿：恒星最后的归宿有三种，它们是白矮星、中子星、黑洞。

1．自主思考——判一判

(1)核聚变反应中平均每个核子放出的能量比裂变时小一些。(×)

(2)轻核的聚变只要达到临界质量就可以发生。(×)

(3)现在地球上消耗的能量绝大部分来自太阳内部的聚变反应。(√)

(4)质子、中子、电子都是不可再分的基本粒子。(×)

(5)质子和反质子的电量相同，电性相反。(√)

(6)按照夸克模型，电子所带电荷不再是电荷的最小单元。(√)

2．合作探究——议一议

(1)核聚变为什么需要几百万开尔文的高温？

提示：要使轻核发生聚变就必须使它们间的距离达到核力发生作用的距离，而核力是短程力，作用距离在10－15m，在这个距离上时，质子间的库仑斥力非常大，为了克服库仑斥力就需要原子核具有非常大的动能才会撞到一起，当温度达到几百万开尔文时，原子核就可以具有这样大的动能。

(2)受控核聚变中磁约束的原理是什么？

提示：原子核带有正电，垂直磁场方向射入磁场后在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，绕着一个中心不断旋转而不飞散开，达到约束原子核的作用。

(3)为什么说基本粒子不基本？

提示：一方面是因为这些原来被认为不可再分的粒子还有自己的复杂结构，另一方面是因为新发现的很多种新粒子都不是由原来认为的那些基本粒子组成的。

对核聚变的理解及应用

1．聚变发生的条件

要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15m，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能。要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温。

2．轻核聚变是放能反应

从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应。

3．核聚变的特点

(1)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量。

(2)热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去。

(3)普遍性：热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆。

4．核聚变的应用

(1)核武器——氢弹：一种不需要人工控制的轻核聚变反应装置。它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸。

(2)可控热核反应：目前处于探索阶段。5．重核裂变与轻核聚变的区别

重核裂变

轻核聚变

放能原理重核分裂成两个或多个中等质量的原

子核，放出核能

两个轻核结合成质量较大的原子核，放

出核能

放能多少聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量要大3～4倍

核废料处理难度

聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多

原料的蕴藏量

核裂变燃料铀在地球上储量有限，尤其用于核裂变的铀235在铀矿石中只占

0.7%

主要原料是氘，氘在地球上的储量非常丰富，1L 海水中大约有0.03g 氘，如果用来进行热核反应，放出的能量约

与燃烧300L 汽油相当

可控性

速度比较容易进行人工控制，现在的核电站都是用核裂变反应释放核能

目前，除氢弹以外，人们还不能控制它

[典例]太阳的能量来自下面的反应：四个质子(氢核)聚变成一个α粒子，同时发射两个正电子，

若太阳辐射能量的总功率为P，质子1

1H、氦核4

2He、正电子0

1e 的质量分别为m p 、m α、m e ，真空中的光速为c，求：

(1)写出核反应方程；(2)核反应所释放的能量ΔE；

(3)1s 内参与上述热核反应的质子数目。[思路点拨]

(1)根据质量数守恒和电荷数守恒书写核反应方程。(2)由爱因斯坦质能方程求解释放的能量。(3)由功率的定义求1s 内参与反应的质子数。[解析]

(1)根据质量数守恒和电荷数守恒，可得核反应方程为41

1H→4

2He＋20

1e。

(2)质量亏损Δm＝4m p －m α－2m e ，根据爱因斯坦质能方程：ΔE＝Δmc 2，核反应释放的能量，ΔE＝(4m p

－m α－2m e )c 2

。

(3)设单位时间内参与热核反应的质子数为N，依据能量关系P＝

NΔE

4

，有N＝4P 4m p －m α－2m e

c

2

。

[答案](1)411H→42He＋20

1e

(2)(4m p －m α－2m e )c

2

(3)

4P

4m p －m α－2m e c

2

轻核聚变释放核能的计算方法

1．根据质量亏损计算。

根据爱因斯坦质能方程，用核子结合成原子核时质量亏损(Δm)的千克数乘以真空中的光速(c＝3×108

m/s)的平方，即ΔE＝Δmc 2。

①

2．根据1个原子质量单位(u)相当于931.5MeV 能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5MeV，

即ΔE＝Δm×931.5MeV。

②

注意：式①中Δm 的单位为kg，ΔE 的单位是J；式②中Δm 的单位是u，ΔE 的单位是MeV。

1．[多选]下列关于聚变的说法中，正确的是()

A．要使聚变产生，必须克服库仑斥力做功

B．轻核聚变需要几百万开尔文的高温，因此聚变又叫做热核反应

C．原子弹爆炸能产生几百万开尔文的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应D．太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应，在地球内部也可以自发地进行解析：选ABC

轻核聚变时，要使轻核之间距离达到10－15m，所以必须克服库仑斥力做功，A 正确；

原子核必须有足够的动能，才能使它们接近到核力能发生作用的范围，实验证实，原子核必须处在几百万开尔文的高温下才有这样的能量，这样高的温度通过原子弹爆炸获得，故B、C 正确；在太阳和其他恒星内部都存在着热核反应，但在地球上不会自发地进行，D 错误。

2．(2017·全国卷Ⅰ)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。氘核聚变反应方程是：2

1H＋2

1H―→3

2He＋1

0n。已知2

1H 的质量为2.0136u，3

2He 的质量为3.0150u，1

0n 的质量为1.0087u,1u＝931MeV/c 2

。氘核聚变反应中释放的核能约为(

)

A．3.7MeV B．3.3MeV C．2.7MeV D．0.93MeV

解析：选B

氘核聚变反应的质量亏损为Δm＝2×2.0136u－(3.0150u＋1.0087u)＝0.0035u，

释放的核能为ΔE＝Δmc 2

＝0.0035×931MeV/c 2

×c 2

≈3.3MeV，选项B 正确。

新粒子的发现和夸克模型

1．新粒子的发现及特点

发现时间1932年1937年1947年20世纪60年代后

新粒子

反粒子μ子

K 介子与π介子超子

基本特点

质量与相对应的粒

子相同而电荷及其他一些物理性质相

反

比质子的质量小

质量介于电子与核子之间

其质量比质子大

2．粒子的分类

分类

参与的相互作用

发现的粒子备注

强子参与强相互作用

质子、中子、介子、超子强子有内部结构，由“夸克”构成；强子又可分为介子和重子

轻子

不参与强相互作用

电子、电子中微子、μ

子、μ子中微子、τ子、τ子中微子未发现内部结构

媒介子

传递各种相互作用

光子、中间

玻色子、胶

子

光子、中间玻色子、胶子分别传递电磁、弱、强相互作用3．夸克模型

(1)夸克的提出：1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由夸克构成的。(2)夸克的种类：上夸克(u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t)。(3)夸克所带电荷：夸克所带的电荷量是分数电荷量，即其电荷量为元电荷的－13或＋2

3。

例如，上夸克带的电荷量为＋

2e 3，下夸克带的电荷量为－e

3

。(4)意义：电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷。

1．根据宇宙大爆炸的理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期，那么在大爆炸之后最早产生的粒子是(

)

A．夸克、轻子、胶子等粒子

B．质子和中子等强子

C．光子、中微子和电子等轻子D．氢核、氘核、氦核等轻核解析：选A

宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子，之后又经历了质子和中子等强子时代，

再之后是自由光子、中微子、电子大量存在的轻子时代，再之后是中子和质子组合成氘核，并形成氦核的核合成时代，之后电子和质子复合成氢原子，最后形成恒星和星系，因此A 正确，B、C、D 错误。

2．[多选]下列关于夸克模型的说法正确的是()

A．强子是由更基本的夸克组成的

B．夸克的电荷量分别为元电荷的＋23或－

1

3C．每种夸克都有对应的反夸克D．夸克能以自由的状态单个出现解析：选ABC

夸克不能以自由的状态单个出现，D 错误，A、B、C 正确。

3．在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出。中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测。1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中1

1H 的核反应，间接地证实了中微子的存在。

(1)中微子与水中的1

1H 发生核反应，产生中子(1

0n)和正电子(0

1e)，即：中微子＋1

1H→1

0n＋0

1e，可以判定中微子的质量数和电荷数分别是________。(填写选项前的字母)

A．0和0B．0和1C．1和0

D．1和1

(2)上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子(γ)，即0

1e＋0

－1e→2γ，已知正电子和电子的质量都为9.1×10

－31

kg，反应中产生的每个光子的能量约

为________J 。正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)发生核反应前后，粒子的质量数和电荷数均不变，据此可知中微子的质量数和电荷数都是0，选项A 正确。

(2)产生的能量是由于质量亏损。两个电子转变为两个光子之后，质量变为零，则E＝Δmc 2

，故一个光子的能量为E 2，代入数据得E

2＝8.2×10－14J。正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体，

故系统总动量为零，故只有产生2个光子，此过程才遵循动量守恒定律。

答案：(1)A (2)8.2×10

－14

系统总动量为零，故只有产生2个光子，此过程才遵循动量守恒定律

1．发生轻核聚变的方法是()

A．用中子轰击

B．保持室温环境，增大压强

C．把物质加热到几百万开尔文以上的高温D．用γ光子照射解析：选C

轻核聚变需要几百万开尔文以上的高温，使核子间的距离达到10

－15

m，核力发生作用，

发生聚变反应，C 项正确。

2．20世纪30年代以来，人们在对宇宙射线的研究中，陆续发现了一些新的粒子，K 介子和π介子就是科学家在1947年发现的。K －

介子的衰变方程为K －

→π0

＋π－

，其中K －

介子和π－

介子带负电，电荷量等于元电荷的电荷量，π0

介子不带电。如图所示，一个K －

介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为图中的圆弧虚线，K －介子衰变后，π0介子和π－介子的轨迹可能是(

)

解析：选A π0介子不带电，在磁场中不偏转，π－

介子带负电，在磁场中洛伦兹力作用下做匀速圆

周运动，再根据动量守恒判定知A 正确。

3．[多选]关于轻核聚变，下列说法正确的是(

)

A．两个轻核聚变为中等质量的原子核时要吸收能量

B．同样质量的物质发生聚变时放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大很多C．聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积D．发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能解析：选BD

根据比结合能图线可知，聚变后比结合能增加，因此聚变反应中会释放能量，故A 错误；

聚变反应中平均每个核子放出的能量比裂变反应中每个核子放出的能量大3～4倍，故B 正确；裂变反应的条件是裂变物质的体积达到临界体积，而聚变反应时，要使轻核之间的距离达到10－15

m 以内，这需要

原子核有很大的动能才可以实现聚变反应，故C 错误，D 正确。

4．[多选]下列说法正确的是()

A.15

7N＋1

1H→12

6C＋4

2He 是α衰变方程B.1

1H＋2

1H→3

2He＋γ是核聚变反应方程C.238

92U→234

90Th＋4

2He 是核裂变反应方程

D.4

2He＋27

13Al→30

15P＋1

0n 是原子核的人工转变方程解析：选BD

衰变是在没有粒子轰击的情况下，原子核自发地放出α粒子或β粒子的反应，15

7N 在质

子的轰击下发生的核反应属于人工转变，A 错；1

1H＋2

1H―→3

2He＋γ是两个质量较轻的核结合成了质量较重的核，是核聚变反应，B 对；238

92U→234

90Th＋4

2He 是α衰变，裂变必须形成两个中等质量的核，C 错；用α粒子去轰击原子核，产生新原子核并放出一个粒子，这是原子核的人工转变，D 对。

5．雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子(νe )而获得了2002年度诺贝尔物理学奖。他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615t 四氯乙烯(C 2Cl 4)溶液的巨桶。电子中微子可以将一个氯核转变为一个氩核，其核反应方程式为νe ＋37

17Cl→37

18Ar＋0

－1e。已知37

17Cl 核的质量为36.95658u，37

18Ar 核的质量为36.95691u，0

－1e 的质量为0.00055u,1u 质量对应的能量为931.5MeV。根据以上数据，可得参与上述反应的电子中微子的最小能量为(

)

A．0.82MeV B．0.31MeV C．1.33MeV D．0.51MeV

解析：选A

反应后不释放能量时对应电子中微子的能量最小，

为E＝(36.95691＋0.00055－36.95658)×931.5MeV＝0.82MeV，选项A 正确。6．以下说法正确的是(

)

A．最早发现的轻子是电子，最早发现的强子是中子B．质子、中子、介子和超子都属于强子C．强子、轻子都有内部结构

D．τ子质量比核子质量大，τ子不属于轻子解析：选B

最早发现的强子是质子，最早发现的轻子是电子，故选项A 错误；强子有内部结构，由

夸克组成，轻子没有内部结构，所以C 错误；质子、中子、介子、超子都属于强子，τ子质量比核子质量大，但仍属于轻子，B 正确、D 不正确。

7．正电子是电子的反粒子，它跟普通电子的电量相等，而电性相反，科学家设想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子构成的物质——反物质。1997年初和年底，欧洲和美国的科学研究机构先后宣布：他们分别制造出9个和7个反氢原子，这是人类探索反物质的一大进步。你推测反氢原子的结构是(

)

A．由一个带正电荷的质子与一个带负电荷的电子构成B．由一个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成C．由一个不带电的中子与一个带负电荷的电子构成D．由一个带负电荷的质子与一个带负电荷的电子构成解析：选B 反氢原子的结构应该是反质子与反电子组成，即一个带负电荷的质子与一个带正电荷的

电子构成。

8．一个氘核和一个氚核经过核反应后生成氦核和中子，同时放出一个γ光子。已知氘核、氚核、中子、氦核的质量分别为m 1、m 2、m 3、m 4，普朗克常量为h，真空中的光速为c。下列说法正确的是(

)

A．这个核反应是裂变反应

B．这个反应的核反应方程是2

1H＋3

1H→4

2He＋21

0n＋γC．辐射出的γ光子的能量E＝(m 3＋m 4－m 1－m 2)c 2D．辐射出的γ光子在真空中的波长λ＝

h

m 1＋m 2－m 3－m 4

c

解析：选D 一个氘核和一个氚核经过核反应后生成一个氦核和一个中子，这是核聚变反应，A、B 选

项错误。核反应的质量亏损Δm＝m 1＋m 2－m 3－m 4，辐射出的γ光子的能量E＝(m 1＋m 2－m 3－m 4)c 2

，C 选项错误，γ光子在真空中的频率ν＝E

h

，

波长λ＝c ν＝ch

E

＝

ch

m 1＋m 2－m 3－m 4c

2

＝h

m 1＋m 2－m 3－m 4c

，D 选项正确。

9．某一年，7颗人造卫星同时接收到来自远方的中子星发射的γ光子，经分析确认，1个负电子和1个正电子发生湮灭时放出2个频率相同的γ光子。已知负电子、正电子的静止质量m 0＝9.1×10

－31

kg，又

已知静止质量为m 0的粒子，其能量E 和发生湮灭前的动量p 满足关系E 2

＝c 2p 2

＋m 20c 4

，式中c 为光速。若负电子、正电子发生湮灭前的总动量为零。

(1)写出湮灭的核反应方程式；

(2)用动量的有关知识说明上述核反应不可能只放出一个光子；(3)计算出γ光子的频率。

解析：(1)核反应方程式为0

－1e＋0

1e→2γ。

(2)若只放出一个光子，说明反应后总动量不为零，而反应前总动量为零，违反动量守恒定律，所以只放出一个光子是不可能的。

(3)由于正、负电子湮灭前的总动量为零，光子的能量满足E＝hν，由能量守恒定律有m 0c 2

＋m 0c 2＝2hν，

即得光子的频率为ν＝m 0c 2

h ＝9.1×10－31

×3×10

8

2

6.63×10－34

Hz＝1.24×10

20

Hz。

答案：(1)0

－1e＋0

1e→2γ

(2)见解析(3)ν＝1.24×1020

Hz

人教版物理高二选修1-2 3.4裂变和聚变同步训练B卷

人教版物理高二选修1-2 3.4裂变和聚变同步训练B卷 姓名:________ 班级:________ 成绩:________ 一、选择题 (共15题；共30分) 1. （2分）在下列四个核反应方程中，符号“X”表示中子的是（） A . A+ n→ Mg+X B . Na→ Mg+X C . Be+ He→ C+X D . U→ Np+X 2. （2分） 2011年3月11日下午，日本东部海域发生里氏9.0级大地震，并引发海啸，受此影响，日本福岛第一核电站发生放射性物质泄漏事故，对人的安全及环境产生一定的危害作用．下列关于核反应及核衰变的一些说法中正确的是（） A . 福岛核电站是依靠核聚变反应放出的核能来发电的 B . 核裂变过程质量亏损，核聚变过程质量增大 C . 放射性物质半衰期越短，污染环境时间也越短 D . β射线与γ射线一样是电磁波，但穿透本领远比γ射线小 3. （2分）关于原子物理的相关知识，下列说法正确的是（） A . 太阳辐射能量主要来自太阳内部的核聚变反应 B . 一束单色光照射到某种金属表面不能发生光电效应，是因为该光的波长太短 C . 发生光电效应时，入射光的频率越高，逸出的光电子的最大初动能就越小 D . 大量的氢原子从n=3能级向低能级跃迁时，只能辐射两种不同频率的光 4. （2分） (2017高二下·黑龙江期中) 北京奥组委接受专家建议，为成功举办一届“绿色奥运”，场馆周

围80%～90%的路灯将利用太阳能发电技术，奥运会90%的洗浴热水将采用全玻璃真空太阳能集热技术，太阳能是由太阳内部热核聚变反应形成的，其核反应主要是（） A . H+ H→ He+ n B . N+ He→ O+ H C . U+ n→ Xe+ Sr+10 n D . U→ Th+ He 5. （2分）(2017·西宁模拟) 下列说法中正确的是（） A . 光电效应现象揭示了光具有波动性 B . 电子的衍射现象说明实物粒子也具有波动性 C . 重核裂变时平均每个核子释放能量要比轻核聚变时多 D . 天然放射现象使人们认识到原子具有复杂结构 6. （2分） (2017高二下·盘锦期中) 下列说法正确的是（） A . 光电效应说明光具有粒子性 B . α粒子散射说明原子核具有复杂结构 C . 天然放射现象说明原子具有核式结构 D . 原子核中所有的核子之间都具有核力 7. （2分）如图所示，印度第一艘自主研发的核潜艇于2009年7月26日正式下水，成为世界第六个拥有核潜艇的国家．核动力潜艇是潜艇中的一种类型，指以核反应堆为动力来源设计的潜艇．在核反应中有一种是一个 U原子核在中子的轰击下发生的一种可能的裂变反应，其裂变方程为 U+ n→X+ Sr+10 n，则下列叙述正确的是（）

19.7高三物理核聚变教案

19．7 核聚变 ★新课标要求 （一）知识与技能 1．了解聚变反应的特点及其条件. 2．了解可控热核反应及其研究和发展. 3．知道轻核的聚变能够释放出很多的能量,如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景。 （二）过程与方法 通过让学生自己阅读课本，培养他们归纳与概括知识的能力和提出问题的能力 （三）情感、态度与价值观 1．通过学习，使学生进一步认识导科学技术的重要性，更加热爱科学、勇于献身科学。 2．认识核能的和平利用能为人类造福，但若用于战争目的将给人类带来灾难，希望同学们努力学习，为人类早日和平利用核聚变能而作出自己的努力。 ★教学重点 聚变核反应的特点。 聚变反应的条件。 ★教学方法 教师启发、引导，学生讨论、交流。 ★教学用具： 多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。 ★课时安排 1 课时 ★教学过程 （一）引入新课 教师：1967年6月17日，我国第一颗氢弹爆炸成功。从第一颗原子弹爆炸成功到第一颗氢弹爆炸成功，我国仅用了两年零八个月。前苏联用了四年，美国用了7年。氢弹爆炸释放核能是通过轻核的聚变来实现的。这节课我们就来研究聚变的问题. 学生：学生认真仔细地听课 点评：通过介绍我国第一氢弹爆炸，激发同学们的爱国热情。 （二）进行新课 1．聚变及其条件 提问：请同学们阅读课本第一段，回答什么叫轻核的聚变？ 学生仔细阅读课文 学生回答：两个轻核结合成质量较大的核，这样的反应叫做聚变。 投影材料一：核聚变发展的历史进程［1］ 提问：请同学们再看看比结合能曲线（图19.5-3），想一想为什么轻核的聚变反应能够比重核的裂变反

应释放更多的核能？ 让学生了解聚变的发展历史进程。 学生思考并分组讨论、归纳总结。 学生回答：因为较轻的原子核比较重的原子核核子的平均质量更大，聚变成质量较大的原子核能产生更多的质量亏损，所以平均每个核子释放的能量就更大 点评：学生阅读课本，回答问题，有助于培养学生的自学能力。 教师归纳补充： （1）氢的聚变反应： 2 H+21H→31He+11H+4 MeV、 1 2 H+31H→42He+10n+17.6 MeV 1 （2）释放能量：ΔE＝Δmc2＝17.6 MeV，平均每个核子释放能量3 MeV以上，约为裂变反应释放能量的3～4倍 提问：请同学们试从微观和宏观两个角度说明核聚变发生的条件？ 学生阅读教材，分析思考、归纳总结并分组讨论。 得出结论 微观上：参与反应的原子核必须接近到原子核大小的尺寸范围，即10-15 m，要使原子核接近到这种程度，必须使它们具有很大的动能以克服原子核之间巨大的库仑斥力。 宏观上：要使原子核具有如此大的动能，就要把它加热到几百万摄氏度的高温。 点评：从宏观和微观两个角度来考虑核聚变的条件，有助于加深理解。 教师说强调：聚变反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以维持反应持续进行下去，在短时间释放巨大的能量，这就是聚变引起的核爆炸。 教师补充说明： （1）热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳和很多恒星的内部温度高达107 K以上，因而在那里进行着激烈的热核反应，不断向外界释放着巨大的能量。太阳每秒释放的能量约为3.8×1026 J，地球只接受了其中的二十亿分之一。太阳在“核燃烧”的过程中“体重”不断减轻。它每秒有７亿吨原子核参与碰撞，转化为能量的物质是400万吨。科学家估计，太阳的这种“核燃烧”还能维持90亿~100亿年。当然，与人类历史相比，这个时间很长很长！ 教师：希望同学们课后查阅资料，了解更多的太阳能有关方面的知识及其应用。 （2）上世纪四十年代，人们利用核聚变反应制成了用于战争的氢弹，氢弹是利用热核反应制造的一种在规模杀伤武器，在其中进行的是不可控热核反应，它的威力是原子弹的十几倍。 提问：氢弹爆炸原理是什么？ 学生阅读教材：课本图19.7-1是氢弹原理图，它需要用原子炸药来引爆，以获得热核反应所需要的高温，而这些原子炸药又要用普通炸药来点燃。 ［教师点拨］ ［录像］氢弹的构造简介及其爆炸情况。 根据你收集的资料，还能通过什么方法实现核聚变？ 学生回答：日英开发出激光核聚变新方法、有人提出利用电解重水的方法实现低温核聚变。 点评：学生自学看书，自己归纳总结，

高中物理知识点总结：轻核的聚变

一. 本周教学内容：轻核的聚变 二. 知识要点： 1. 了解轻核的聚变特点，知道可控热核反应，知道热核反应及其应用。 2. 本章知识网络 三. 疑难辨析： 1. 核物理学中把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应叫做轻核的聚变、简称聚变。聚变放出核能的原因是原子序数很小的轻核（质量数小于30）结合成一个原子序数大些的核时，会有质量亏损，因而放出核能。 使轻核发生聚变，必须使它们的距离十分接近，达到10－15m的近距离。由于原子核都是带正电的，要使它们接近到这种程度，必须克服巨大的库仑斥力。这就需要原子核有足够的动能，有一种办法，就是把它加热到几百万摄氏度以上的高温，因此聚变反应又叫热核反应。热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去。 热核反应与核裂变反应相比具有以下优越性：① 就相同质量的核燃料而言，热核反应释放的核能比裂变反应大得多；② 裂变时产生的放射性物质，由于放射性强、半衰期大，处理起来比较困难，而热核反应在这方面的问题要简单得多； ③ 就核燃料的储量而言，热核反应所用的燃料氘，在地球上的储量非常丰富。 2. 利用人工方法控制的热核反应称为可控热核反应。太阳辐射的能量来自太阳内部的热核反应。氢弹的工作原理也是热核反应。 3. 本章知识网络

【典型例题】 [例1] 一个质子和两个中子聚变成一个氚核，已知质子的质量为< style= > =1.0073u，中子质量为解： （1）聚变方程为 （2）质量亏损Δm=mH 2mn－m＝（1.0073 2×1.0087－3.0180）u=0.0067u 释放的核能ΔE=Δmc2＝0.0067×931.5MeV≈6.24MeV （3）平均每个核子放出的能量为 B. 解：由定义可知，A、C正确 [例3] 甲、乙两个原来静止的原子核在匀强磁场中衰变后的运动轨迹分别如图中的（甲）和（乙）所示。

人教版高中物理(选修3-5)核聚变同步练习题(含答案)

课时作业19 核聚变 1．目前核电站利用的核反应是( ) A．裂变，核燃料为铀B．聚变，核燃料为铀 C．裂变，核燃料为氘D．聚变，核燃料为氘 答案：A 2．下列核反应方程式中，表示核聚变过程的是( ) A.3015P→3014Si＋01e B.21H＋31H→42He＋10n C.14 6C→14 7N＋ 0－1e D.238 92U→234 90Th＋42He 解析：因为轻核结合成质量较大的核叫聚变，此题关键在一个“聚”字，暗示变化之前应至少有两种核，四个选项中只有B 符合要求。 答案：B 3．太阳不断地向外辐射能量，仍保持1千万度以上的高温，其主要原因是太阳内部进行着激烈地( ) A．衰变反应B．人工核反应 C．裂变反应D．热核反应 解析：太阳内部时刻都在进行着轻核聚变反应，即热核反应，并伴随着释放出巨大的能量。 答案：D 4．下列关于聚变的说法中，正确的是( ) A．要使聚变产生，必须克服库仑斥力做功 B．轻核聚变需要几百万摄氏度的高温，因此聚变又叫做热核反应

C．原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温，所以氢弹可以利用原子弹引发热核反应 D．太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应 解析：要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10－15m以内，核力才能起作用。由于原子核带正电，要使它们接近到这种程度，必须克服巨大的库仑斥力。 答案：A、C、D 5．重核的裂变和轻核的聚变是人类利用核能的两种主要方式，但只有重核的裂变被人类和平利用，其原因是轻核聚变( ) A．产能效率不高 B．核燃料储量不够丰富 C．核废料的处理比较困难 D．反应速度的控制比较困难 解析：裂变和聚变都释放核能，聚变产能效率高，核燃料储量丰富，且核废料容易处理，缺点是核反应速度难以控制，D正确。 答案：D 6．重核裂变和轻核聚变是人类获得核能的两种主要途径，下面关于它们的说法中正确的是( ) A．裂变和聚变过程中都有质量亏损 B．裂变过程中有质量亏损，聚变过程中质量有所增加 C．裂变过程中质量有所增加，聚变过程中有质量亏损

第十一章原子核的裂变和聚变123

第五章 核裂变与核聚变 5.1核裂变反应 1.自发裂变与诱发裂变 1).自发裂变－原子核没有外来粒子轰击自行发生裂变 一般表达式 212211Y Y X A Z A Z A Z +→ 21A A A +=；21Z Z Z +=。 (1)裂变能s f Q , 由能量守恒可以导出自发裂变的裂变能s f Q , ()()222111,,,A Z Y A Z Y s f T T Q += ()()()[]222112,,,c A Z M A Z M c A Z M ?+-= ()()()A Z B A Z B A Z B ,,,2211-+= ()[()()]2211,,A Z A Z A Z -?+?-?= 自发裂变发生的条件：0,>s f Q 。 从比结合能曲线看，90>A 即可满足此条件。 (2)裂变势垒与穿透势垒概率 从上面讨论可见，90>A 原子核就可能发生自发裂变。但实验发现很重的核才能发生，有能量放出只是原子核自发裂变的必要条件，具有一定大小的裂变概率，才能在实验上观察到裂变事件。 和α衰变的势垒穿透类似，原子核自发裂变也要穿透一个势垒，这种裂变穿透的势垒称为裂变势垒。势垒穿透概率的大小和自发裂变半衰期密切相关，穿透概率大，半衰期就短，穿透概率小，半衰期就长。而且，自发裂变半衰期对于裂变势垒的高度非常敏感，例如，垒高相差MeV 1，自发裂变半衰期可以差到5 10倍。根据核的液滴模型可得裂变势垒的近似公式 sp s b E A Z E ,3 2 219 .0183.0??? ? ? ?-= 式中sp s E ,球形核的表面能。 随着A Z 2的加大，裂变势垒高度降低。因而自发裂变的概率增加。A Z 2较小的核，尽管满足0 ,>s f Q ， 但因裂变势垒太高，很难穿透势垒，所以，这些核对自发裂变是稳定的。。 (3)裂变份额f R 重核大多数具有α放射性，自发裂变与α衰变是相互竞争的过程，它们是重核蜕变的两种形式。发生自发裂变过程的衰变常数记为f λ，发生α衰变过程的衰变常数记为αλ。 对 U 23592 ： a 101039.9-α?=λ，a f 181085.3-?=λ； 故裂变份额 0≈λ+λ λ= α f f f R 对Cf 25298 ：a 725.0=λα，a f 3 10 10.8-?=λ； 故裂变份额 %8.2=λ+λ λ= α f f f R 对 Cf 254 98 ：则裂变份额:%7.99=f R 。 裂变碎片是很不稳定的原子核，一方面碎片处于较高的激发态，另一方面它们是远离β稳定线的丰中子核而发射中子，所以自发裂变核又是一种很强的中源。 ２)诱发裂变－在外来粒子的轰击下，靶核与入射粒子形成复合核，复合核一般处于激发态，会进而发生裂变。入射粒子可以是带电粒子或中子，主要研究是中子，它是链式核反应的主要过程。 其一般表达式为 Y Y X X n A Z A Z A Z A Z 2211*1+→→ ++

教科版高中物理选修3-5：《核聚变》教案-新版

3.6《核聚变》教案 三维教学目标 1、知识与技能 （1）了解聚变反应的特点及其条件； （2）了解可控热核反应及其研究和发展； （3）知道轻核的聚变能够释放出很多的能量,如果能加以控制将为人类提供广漠的能源前景。 2、过程与方法：通过让学生自己阅读课本，培养他们归纳与概括知识的能力和提出问题的能力 3、情感、态度与价值观 （1）通过学习，使学生进一步认识导科学技术的重要性，更加心爱科学、勇于献身科学； （2）认识核能的和平利用能为人类造福，但若用于战争目的将给人类带来灾难，希望同学们努力学习，为人类早日和平利用核聚变能而作出自己的努力。 教学重点:聚变核反应的特点。聚变反应的条件。 教学方法:教师启发、引导，学生讨论、交流。 教学用具：多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。 （一）引入新课 1967年6月17日，我国第一颗氢弹爆炸胜利。从第一颗原子弹爆炸胜利到第一颗氢弹爆炸胜利，我国仅用了两年零八个月。前苏联用了四年，美国用了7年。氢弹爆炸释放核能是通过轻核的聚变来实现的。这节课我们就来研究聚变的问题。

（二）进行新课 1、聚变及其条件 提问：什么叫轻核的聚变？（两个轻核结合成质量较大的核，这样的反应叫做聚变） 提问：为什么轻核的聚变反应能够比重核的裂变反应释放更多的核能？（因为较轻的原子核比较重的原子核核子的平衡质量更大，聚变成质量较大的原子核能产生更多的质量亏损，所以平衡每个核子释放的能量就更大） 归纳补充： （1）氢的聚变反应： 22312341 1H+ 1H→ 1He+ 1H+4 MeV、 1H+ 1H→ 2He+ 0n+17.6 MeV （2）释放能量： ΔE＝Δmc2 ＝17.6 MeV，平衡每个核子释放能量3 MeV以上，约为裂变反应释放能量的3～4倍

高中物理之核聚变知识点

高中物理之核聚变知识点 核聚变 物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应叫做裂变。把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应叫做聚变。 轻核的聚变（热核反应） 某些轻核能够结合在一起，生成一个较大的原子核，这种核反应叫做聚变。 轻核的聚变：

根据所给数据,计算下面核反应放出的能量： 发生聚变的条件： 使原子核间的距离达到10的负15次方m. 实现的方法有： 1、用加速器加速原子核； 2、把原子核加热到很高的温度；108～109K 聚变反应又叫热核反应

核聚变的利用——氢弹 可控热核反应——核聚变的利用 可控热核反应将为人类提供巨大的能源,和平利用聚变产生的核量是 非常吸引人的重大课题，我国的可控核聚变装置“中国环流器1号”已取得不少研究成果。 1.热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性。 ①轻核聚变产能效率高。 ②地球上聚变燃料的储量丰富。 ③轻聚变更为安全、清洁。 2.现在的技术还不能控制热核反应。 ①热核反应的的点火温度很高； ②如何约束聚变所需的燃料；

③反应装置中的气体密度要很低，相当于常温常压下气体密度的几万分之一； 3.实现核聚变的两种方案。 ①磁约束（环流器的结构） ②惯性约束（惯性约束） 习题演练 1. （2011年绍兴一中检测）我国最新一代核聚变装置“EAST”在安徽合肥首次放电、显示了EAST装置具有良好的整体性能，使等离子体约束时间达1000 s，温度超过1亿度，标志着我国磁约束核聚变研究进入国际先进水平．合肥也成为世界上第一个建成此类全超导非圆截面核聚变实验装置并能实际运行的地方．核聚变的主要原料是氘，在海水中含量极其丰富．已知氘核的质量为m1，中子的质量为m2，He的质量为m3，质子的质量为m4，则下列说法中正确的是（）A．两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是质子B．两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是中子C．两个氘核聚变成一个He所释放的核能为（2m1－m3－m4）c2 D．与受控核聚变比较，现行的核反应堆产生的废物具有放射性 2. 重核裂变和轻核聚变是人们获得核能的两个途径，下列说

高三物理裂变和聚变

裂变和聚变 ★新课标要求 （一）知识与技能 1．知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大的能量。 2．知道什么是链式反应。 3．会计算重核裂变过程中释放出的能量。 4．知道什么是核反应堆。了解常用裂变反应堆的类型，了解核电站及核能发电的优缺点。 5．了解聚变反应的特点及其条件. 6．了解可控热核反应及其研究和发展. 7．知道轻核的聚变能够释放出很多的能量,如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景。 （二）过程与方法 1．通过对核子平均质量与原子序数关系的理解，培养学生的逻辑推理能力及应用 教学图像处理物理问题的能力。 2．通过让学生自己阅读课本，查阅资料，培养学生归纳与概括知识的能力和提出问题的能力。 （三）情感、态度与价值观 1．激发学生热爱科学、探求真理的激情，树立实事求是的科学态度，培养学生基本的科学素养，通过核能的利用，思考科学与社会的关系。 2．通过教学，让学生认识到和平利用核能及开发新能源的重要性。 3．确立世界是物质的，物质是运动变化的，而变化过程必然遵循能量守恒的观点。 ★教学重点 1．链式反应及其释放核能的计算。 2．重核裂变的核反应方程式的书写。 3. 聚变核反应的特点。 ★教学难点 1、通过核子平均质量与原子序数的关系，推理得出由质量数较大的原子核分裂成质量数较小的原子核释放能量这一结论。 2、聚变反应的条件。 ★教学方法 教师启发、引导，学生讨论、交流。 ★教学用具： 多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。 ★课时安排 1 课时 ★教学过程 重核裂变 （一）引入新课 教师：大家都知道在第二次世界大战即将结束的时候，美国于1945年8月6日、9日先后在日本的广岛、长崎上空投下了两颗原子弹，刹那间，这两座曾经十分美丽的城市变成一片废墟．大家还知道目前世界上有少数国家建成了许多核电站，我国也相继建成了浙江秦山核电站和广东大亚湾核电站等。我想，现在大家一定想知道原子弹爆炸及核发电的原理，那么，我们这节课就来学习裂变，通过学习，大家就会对上述问题有初步的了解。

核聚变教案1

学习目标: （一）知识与技能 1、了解聚变反应的特点及其条件. 2、了解可控热核反应及其研究和发展. 3、知道轻核的聚变能够释放出很多的能量,如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景。 （二）过程与方法 通过让学生自己阅读课本，培养他们归纳与概括知识的能力和提出问题的能力（三）情感、态度与价值观 1、通过学习，使学生进一步认识导科学技术的重要性，更加热爱科学、勇于献身科学。 2、认识核能的和平利用能为人类造福，但若用于战争目的将给人类带来灾难，希望同学们努力学习，为人类早日和平利用核聚变能而作出自己的努力。 学习重点: 聚变核反应的特点。 学习难点: 聚变反应的条件。 知识链接： 1、写出卢瑟福发现质子的核反应方程。 2、写出核力的特点： 3、什么是结合能？ 4、什么是比结合能？ 5、什么是质量亏损？

6、什么是裂变？ 7、什么是链式反应？ 8、写出一种典型的链式反应的方程。 1967年6月17日，我国第一颗氢弹爆炸成功。从第一颗原子弹爆炸成功到第一颗氢弹爆炸成功，我国仅用了两年零八个月。前苏联用了四年，美国用了7年。氢弹爆炸释放核能是通过轻核的聚变来实现的。 学习过程： 1、什么叫轻核的聚变？ 2、从微观角度说说轻核聚变的产生条件。 3、从宏观角度说说轻核聚变的产生条件。 4、写出一个氘核与一个氚核结合成氦核是的核反应方程。 注：（1）热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳和很多恒星的内部温度高达107 K以上，因而在那里进行着激烈的热核反应，不断向外界释放着巨大的能量。太阳每秒释放的能量约为3.8×1026 J，地球只接受了其中的二十亿分之一。太阳在“核燃烧”的过程中“体重”不断减轻。它每秒有７亿吨原子核参与碰撞，转化为能量的物质是400万吨。科学家估计，太阳的这种“核燃烧”还能维持

人教版物理高二选修35 19.7核聚变同步训练(I)卷

人教版物理高二选修35 19.7核聚变同步训练（I）卷 姓名:________ 班级:________ 成绩:________ 一、选择题 (共15题；共30分) 1. （2分）(2017·新余模拟) 普朗克说过：“科学的历史不仅是一连串事实、规则和随之而来的数学描述，它也是一部概念的历史”．下列表示正确的是（） A . 太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应 B . β衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的 C . 紫外线照射到金属锌表面时能够发生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌版表面逸出的光电子的最大初动能也随之增大 D . 大量的氢原子从n=3的能级向低能级跃迁时只会辐射两种不同频率的光 2. （2分）中广核集团现拥有大亚湾核电站、岭澳核电站一期、岭澳核电站二期等在运行的核电机组，核电站利用的是（） A . 放射性元素衰变放出的能量 B . 人工放射性同位素放出的能量 C . 重核裂变放出的能量 D . 轻核聚变放出的能量 3. （2分）据BBC报道，前英国政府辐射事务顾问巴斯比博士表示，日本核电站的问题极为严重，尤其令人担心的是福岛核电站三号反应堆。他称，该反应堆现在遇到了麻烦，因为它使用的是一种不同的燃料：它不是铀，而是一种铀钚混合燃料，而钚是极为危险的，因此一旦这种物质泄漏出来，将使海啸灾难雪上加霜。钚是世界上毒性第二大的物质（世界上毒性第一大的物质为钋）。一片药片大小的钚，足以毒死2亿人，5克的钚足以毒死所有人类。钚的毒性比砒霜大4．86亿奥倍，一旦泄露入太平洋全人类都玩完！239Pu，半衰期24390年。关于钚的危害的认识，你认为错误的是（） A . 钚是具有很强的放射性

2019-2020年高二物理《核聚变》教学设计教案

2019-2020年高二物理《核聚变》教学设计教案 ★新课标要求 （一）知识与技能 1．了解聚变反应的特点及其条件. 2．了解可控热核反应及其研究和发展. 3．知道轻核的聚变能够释放出很多的能量,如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景。 （二）过程与方法 通过让学生自己阅读课本，培养他们归纳与概括知识的能力和提出问题的能力 （三）情感、态度与价值观 1．通过学习，使学生进一步认识导科学技术的重要性，更加热爱科学、勇于献身科学。 2．认识核能的和平利用能为人类造福，但若用于战争目的将给人类带来灾难，希望同学们努力学习，为人类早日和平利用核聚变能而作出自己的努力。 ★教学重点 聚变核反应的特点。 聚变反应的条件。 ★教学方法 教师启发、引导，学生讨论、交流。 ★教学用具： 多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。 ★课时安排 1 课时 ★教学过程 （一）引入新课 教师：1967年6月17日，我国第一颗氢弹爆炸成功。从第一颗原子弹爆炸成功到第一颗氢弹爆炸成功，我国仅用了两年零八个月。前苏联用了四年，美国用了7年。氢弹爆炸释放核能是通过轻核的聚变来实现的。这节课我们就来研究聚变的问题. 学生：学生认真仔细地听课 点评：通过介绍我国第一氢弹爆炸，激发同学们的爱国热情。

（二）进行新课 1．聚变及其条件 提问：请同学们阅读课本第一段，回答什么叫轻核的聚变？ 学生仔细阅读课文 学生回答：两个轻核结合成质量较大的核，这样的反应叫做聚变。 投影材料一：核聚变发展的历史进程［1］ 提问：请同学们再看看比结合能曲线（图19.5-3），想一想为什么轻核的聚变反应能够比重核的裂变反应释放更多的核能？ 让学生了解聚变的发展历史进程。 学生思考并分组讨论、归纳总结。 学生回答：因为较轻的原子核比较重的原子核核子的平均质量更大，聚变成质量较大的原子核能产生更多的质量亏损，所以平均每个核子释放的能量就更大点评：学生阅读课本，回答问题，有助于培养学生的自学能力。 教师归纳补充： （1）氢的聚变反应： 2 H+21H→31He+11H+4 MeV、 1 2 H+31H→42He+10n+17.6 MeV 1 （2）释放能量：ΔE＝Δmc2＝17.6 MeV，平均每个核子释放能量3 MeV以上，约为裂变反应释放能量的3～4倍 提问：请同学们试从微观和宏观两个角度说明核聚变发生的条件？ 学生阅读教材，分析思考、归纳总结并分组讨论。 得出结论 微观上：参与反应的原子核必须接近到原子核大小的尺寸范围，即10-15m，要使原子核接近到这种程度，必须使它们具有很大的动能以克服原子核之间巨大的库仑斥力。 宏观上：要使原子核具有如此大的动能，就要把它加热到几百万摄氏度的高温。 点评：从宏观和微观两个角度来考虑核聚变的条件，有助于加深理解。 教师说强调：聚变反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以维持反应持续进行下去，在短时间释放巨大的能量，这就是聚变引起的核爆炸。 教师补充说明： （1）热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳和很多恒星的内部温度高达107K 以上，因而在那里进行着激烈的热核反应，不断向外界释放着巨大的能量。太阳每秒释放的能量约为3.8×1026 J，地球只接受了其中的二十亿分之一。太阳在“核燃烧”的过程中“体重”不断减轻。它每秒有７亿吨原子核参与碰撞，转化为能量的物质是400万吨。科学家估计，太阳的这种“核燃烧”还能维持90亿~100亿年。当然，与人类历史相

高中物理-核聚变、核裂变练习

高中物理-核聚变、核裂变练习 基础夯实 一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题) 1．(江苏徐州市高二下学期期末)一典型的铀核裂变方程是23592U＋X→14456Ba＋8936Kr＋310n，关于该反应，下列说法正确的是( C ) A．X是质子 B．该反应是核聚变反应 C．23592U的比结合能小于14456Ba的比结合能 D．释放出的中子对于链式反应的发生没有作用 解析：该反应是裂变反应，X是中子，释放的中子引起链式反应，故A、B、D错误；23592 U的比结合能小于14456Ba的比结合能，C正确。 2．2010年3月31日欧洲大型强子对撞机实现首次质子束对撞成功。科学家希望以接近光速飞行的质子在发生撞击之后，能模拟宇宙大爆炸的能量，并产生新的粒子，帮助人类理解暗物质、反物质、以及其他超对称现象，从根本上加深了解宇宙本质，揭示宇宙形成之谜。欧洲科研机构宣布他们已经制造出9个反氢原子。请推测反氢原子的结构是( B ) A．由1个带正电荷的质子和1个带负电荷的电子构成 B．由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成 C．由1个带负电荷的反质子和1个带负电荷的电子构成 D．由1个不带电荷的中子和1个带正电荷的正电子构成 解析：根据反粒子定义，“反粒子”与“正粒子”具有相同的质量，但带有等量的异性电荷。因此“反氢原子”应该具有与氢原子相同的质量，相反的电荷符号且等量的电荷量。所以反氢原子是由1－1H核和01e构成的。 3．2002年，美国《科学》杂志评出的《2001年世界十大科技突破》中，有一次是加拿大萨德伯里中微子观测站的结果，该站揭示了中微子失踪的部分中微子在运动过程中转化为一个μ子和一个τ子。在上述研究中有以下说法，正确的是( B ) ①若发现μ子和中微子的运动方向一致，则τ子的运动方向与中微子的运动方向一定相反 ②若发现μ子和中微子的运动方向一致，则τ子的运动方向与中微子的运动方向可能一致 ③若发现μ子和中微子的运动方向相反，则τ子的运动方向与中微子的运动方向一定一致 ④若发现μ子和中微子的运动方向相反，则τ子的运动方向与中微子的运动方向可能

高中物理 19.7核聚变详解

高中物理| 19.7核聚变详解 核聚变 物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应叫做裂变。把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应叫做聚变。 1 轻核的聚变（热核反应） 某些轻核能够结合在一起，生成一个较大的原子核，这种核反应叫做聚变。 轻核的聚变: 根据所给数据,计算下面核反应放出的能量:

发生聚变的条件: 使原子核间的距离达到10的负15次方m.实现的方法有: 1、用加速器加速原子核； 2、把原子核加热到很高的温度；108～109K 聚变反应又叫热核反应 核聚变的利用——氢弹 2可控热核反应——核聚变的利用

可控热核反应将为人类提供巨大的能源,和平利用聚变产生的核量是 非常吸引人的重大课题，我国的可控核聚变装置“中国环流器1号”已取得不少研究成果。 1.热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性。 ①轻核聚变产能效率高。 ②地球上聚变燃料的储量丰富。 ③轻聚变更为安全、清洁。 2.现在的技术还不能控制热核反应。 ①热核反应的的点火温度很高； ②如何约束聚变所需的燃料； ③反应装置中的气体密度要很低，相当于常温常压下气体密度的几万分之一； 3.实现核聚变的两种方案。 ①磁约束（环流器的结构） ②惯性约束（惯性约束） 习题演练 1. (2011年绍兴一中检测)我国最新一代核聚变装置“EAST”在安徽合肥首次放电、显示了EAST装置具有良好的整体性能，使等离子体约束时间达1000 s，温度超过1亿度，标志着我国磁约束核聚变研究进入国际先进水平．合肥也成为世界上第一个建成此类全超导非圆截面核聚变实验装置并能实际运行的地方．核聚变的主要原料是氘，在海水中含量极其丰富．已知氘核的质量为m1，中子的质量为m2，He的质量为m3，质子的质量为m4，则下列说法中正确的是() A．两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是质子 B．两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是中子 C．两个氘核聚变成一个He所释放的核能为(2m1－m3－m4)c2 D．与受控核聚变比较，现行的核反应堆产生的废物具有放射性 2. 重核裂变和轻核聚变是人们获得核能的两个途径，下列说法中正确的是（） A．裂变过程质量增加，聚变过程质量亏损 B．裂变过程质量亏损，聚变过程质量增加 C．裂变过程和聚变过程都有质量增加 D．裂变过程和聚变过程都有质量亏损

高中物理-核聚变课后练习

高中物理-核聚变课后练习 基础达标 1.核反应方程如下： ①n C He Be 101264294+→+ ②He H H 421131→++能量 ③ n x Xe Sr n U 1013854138381023592++→+ ④He O y F 42168199+→+ 对于以上反应方程,下面说法中正确的是…( ) A.①是原子核的人工转变核反应方程 B.②是链式反应方程 C.③是核裂变方程,其中x=10 D.④是α衰变方程,其中y 是质子 解析：用α粒子轰击铍核是查德威克发现中子的实验,属于人工转变,根据核反应前后电荷数守恒和质量数守恒知C 是错的.②式是聚变反应方程；④式是原子核的人工转变,不是α衰变方程. 答案：A 2.下列说法不正确的是( ) Ａ.n He H H 10423121+→+是聚变 B. n Sr Xe n U 1094381405410235922++→+是裂变 Ｃ.He Rn Ra 42222 86226 88+→是α衰变 D.e Mg Na 0124122411-+→是裂变 解析：由轻原子核聚合成较重原子核的反应称聚变反应,使重核分裂成中等质量的原子核的核反应,称为裂变,放出α粒子的衰变叫做α衰变,选项A 、B 、C 正确.放出β粒子的衰变叫做β衰变,不正确的选项是D. 答案：D 3.一个氘核(H 21)与一个氚核(H 31)发生聚变,产生一个中子和一个新核,并出现质量亏损.聚变过程中( ) A.吸收能量,生成的新核是He 42 B.放出能量,生成的新核是He 42 C.吸收能量,生成的新核是He 32 D.放出能量,生成的新核是He 32 解析：聚变出现质量亏损,一定放出能量,由质量数守恒和电荷数守恒可知,生成的新核是He 4 2,选项B 正确. 答案：B 4.1999年9月18日,中共中央、国务院、中央军委在人民大会堂隆重表彰研制“两弹一星”作出突出贡献的科学家.下列核反应方程中属研究两弹的基本核反应方程式的是( ) A.H O He N 1117842147+→+ B.e Pa Th 012349123490-+→ C. He Th U 42234 90238 92+→ D.n He H H 10423121+→+ 解析：氢弹是核聚变反应,选项D 正确. 答案：D 5.下列关于核能的说法正确的是( ) A.物质是由原子组成的,原子中有原子核,所以利用任何物质都能得到核能

高中物理专题19核裂变和核聚变练习(含解析)

课时19 核裂变和核聚变 1．太阳放出的能量来自于（） A．重核裂变 B．天然衰变 C．轻核聚变 D．人工转变 【答案】C 【解析】太阳放出的能量来自于太阳内部剧烈的热核反应，即轻核聚变，故C正确，ABD错误。 故选：C 2．一颗恒星的寿命取决于它的（） A．温度 B．颜色 C．质量 D．体积 【答案】C 【解析】因为天体大，质量大，万有引力就大，在巨大的引力下原子核之间的距离就更近，更容易引起核聚变，所以越大的恒星他的内部核聚变就越激烈，释放的能量也越大，燃料聚变的速度就越快，恒星死亡的也就越快。故选C. 质量小的恒星其寿命几乎同宇宙一样长，达一百多亿年；质量大的恒星，其寿命却只有几百万到几千万年．一般来说，质量越大，寿命越短． 3．在下列叙述中，不正确的是（） A．光电效应现象说明光具有粒子性 B．重核裂变和轻核聚变都会产生质量亏损 C．根据玻尔理论，氢原子从高能态跃迁到低能态时，原子向外释放光子，原子电势能和核外电子的动能均匀减小 D．电子和其他微观粒子，都具有波粒二象性 【答案】C 【解析】光电效应说明光具有粒子性，故A说法正确；重核裂变和轻核聚变都释放能量，都有质量亏损，故B说法正确；氢原子辐射出一个光子后，原子能量减小，轨道半径减小，根据，知核外电子的动能增大，原子能量等于动能和电势能之和，则电势能减小。故C说法错误；任何一个运动着的物体，小到电子质子大到行星太阳，都有一种波与之对应这种波称为物质波，故电子和其他微观粒子，都具有波粒二象性，故D说法正确。 3．现行人教版高中物理教材中有很多经典的插图能够形象的表现出物理实验、物理现象及物理规律，下列

四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是（） A．甲图中，卢瑟福通过分析粒子散射实验结果，发现了质子和中子 B．乙图中，在光颜色保持不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大 C．丙图中，射线甲由电子组成，射线乙为电磁波，射线丙由粒子组成 D．丁图中，链式反应属于轻核裂变 【答案】B 【解析】 A. 卢瑟福通过分析粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，A错误。 B.根据光电效应规律可知在光颜色保持不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大，B正确。 C.因为射线甲受洛仑兹力向左，所以甲带正电，是由粒子组成，C错误。 D.链式反应属于重核裂变，D错误。 4．铀原子核发生衰变时衰变方程为，其中、、X的质量分别为m1、m2、m3，光在真空中的传播速度为c，则（） A．X是质子 B．m1＝m2＋m3 C．衰变时释放的能量为（m2＋m3－m1）c2 D．若提高温度，的半衰期不变 【答案】D 【解析】 A项：根据电荷数守恒、质量数守恒知，X原子核中的电荷数为2，质量数为4，是氦核，故A错误； B项：依据质量亏损，则m1＞m2+m3，故B错误； C项：根据爱因斯坦质能方程得，释放的能量（ ） ，故C错误； D项：衰期的大小与温度无关，故D正确。 5．下列说法正确的是（） A．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等

谈谈核裂变能与核聚变能

谈谈核裂变能与核聚变能 胡经国 据最近报道，位于英国牛津郡卡勒姆的、联合欧洲环形核聚变试验装置的科学家们，首次成功地进行了受控核聚变反应试验，从而使他们在探索核聚变能的竞争中，超过了美国和日本而居于世界领先地位。这次实验是在一个环形受控核聚变反应堆里进行的，持续时间只有2分钟，温度达到了3亿摄氏度，比太阳内部温度还要高20倍。该环形装置重达3500吨，是目前世界上最大的受控核聚变实验装置。那末，什么叫做受控核聚变与核聚变能呢？它们对未来世界能源研究与开发利用有何重要意义呢？ 为了回答这些问题，需要从核能（原子能）谈起。大家知道，原子核是由质子和中子组成的。质子和中子统称为核子。核子结合成原子核时释放的能量，或者原子核分解为核子时吸收的能量，称为原子核结合能。原子核结合能与组成该原子核的核子数之比，称为原子核核子的平均结合能。这就是一般所说的核能（原子能）。质量数较小的轻核（如氘、氚）和质量数较大的重核（如铀），其核子平均结合能均较小；质量数中等的原子核，其核子平均结合能较大，而且质量数为50%～60%的原子核，其核子平均结合能最大。这一规律称为原子核核子平均结合能随原子核质量数而变化的规律。 核能存在于原子核内部，只有使它释放出来才能被人类所利用。怎样才能使核能释放出来呢？原子核核子平均结合能随原子核质量数而变化的规律，是核能能够被释放出来的理论依据。由于质量数中等的原子核核子平均结合能较大，因而无论是将重核分裂成质量数中等的原子核，还是将轻核聚合成质量数中等的原子核，都能够使核能释放出来。所以，核能释放有以下两种途径：重核的裂变和轻核的聚变 第一种途径是重核的裂变。将重核分裂成质量数中等的原子核，称为重核的裂变，又叫做核裂变。核裂变是1938年由德国科学家哈恩和斯特拉斯曼发现的。他们用中子轰击铀原子核，导致了铀原子核的裂变。可见，快速中子的轰击是实现核裂变的条件。在重核裂变时，放出新的中子，新中子又引起其它重核裂变。这种不断进行的核裂变反应，称为链式反应。重核材料（如含铀的同位素铀238和铀235的材料）能够产生核裂变链式反应的最小体积，称为重核材料的临界体积。重核材料的体积一旦超过其临界体积，核裂变链式反应就迅速进行，同时在极短的时间内释放出巨大的能量，引起猛烈的爆炸。重核在核裂变反应过程中释放出的巨大能量，称为核裂变能。例如，1克铀235完全裂变所释放的核裂变能，相当于2.4吨煤完全燃烧所释放的化学能。 第二种途径是轻核的聚变。将轻核聚合成质量数中等的原子核，称为轻核的聚变，又叫

人教版高中物理选修1-2第七节轻核的聚变

座号 姓名 高中物理学习材料 （马鸣风萧萧**整理制作） 第七节轻核的聚变 1．下列核反应方程中，表示核聚变的过程是： 2．下列说法中正确的是： A．聚变反应从外界吸收能量； B．聚变反应向外界放出能量； C．聚变反应可以无条件进行； D．聚变反应必须使核之间距离接近10-15m。 3．氢核（1 1H）、中子（1 n）、氘核（2 1 H）的质量分别是m1、m2、m3那么由氢核和中子 结合成氘核时释放的核能为（） A．m3c2B．(m1+m2)c2C．(m3-m1-m2)c2D．(m1+m2-m3)c2 4．热核反应是一种理想能源的原因是( ) A．就平均每一个核于来说，热核反应比重核裂变时释放的能量多 B．对环境的放射性污染较裂变轻，且较容易处理 C．热核反应的原料在地球上储量丰富 D．热核反应的速度容易控制 5．1999年9月18日，中共中央、国务院、中央军委会在人民大会堂隆重表彰在研制“两弹一星‘中作出突出贡献的科技专家，下列核反应方程中属研究两弹的基本的核反应方程式是( ) A． B．235 92U+ 1 n→90 38 Sr+ 136 54 Xe +101 n C． D．2 1H+3 1 H→4 2 He+1 n H O He N1 1 17 8 4 2 14 7 + → + He Th U4 2 234 90 238 92 +→

6．核反应有以下几种情况：一是衰变，二是人工转变，三是裂变，四是聚变，核反应可用方程来表示，叫核反应方程．完成下列核反应方程，井指明它是属于何种核反应： A ． 属 B ． 属 C ． 21H+31H →42He+（ ） 属 D ． 23592U+ 1 0n → 90 38Sr+ 136 54Xe +（ ） 属 7．重核的裂变和轻核的聚变是人类利用原子核能的两种主要方法，下面关于它们的说法中正确的是 ( ) A ．裂变和聚变过程都有质量亏损 B ．裂变和聚变过程质量都有所增加 C ．裂变过程有质量亏损，聚变过程质量有所增加 D ．聚变过程有质量亏损，裂变过程质量有所增加 8． 2个氘核可聚变成一个氚核，放出4MeV 的能量，写出核反应方程_____________当1kg 氘完全聚变为氚时放出的能量为___________． 第七节 轻核的聚变答案 1．D 2．BD 3．C 4．ABC 5．BD 6．A ． Th 23492 衰变 B ．42He 人工转变 C ．10n 聚变D ．210n 裂变 7．A 8．H 21+H 21→31H +H 1 1 1×103MeV ()He U 4223892+→()n O Be 10126 94+→+

高二物理核反应方程式的计算(有答案)

高二物理核反应方程式的计算专题练习 1.太阳内部持续不断地发生着4个质子(11H)聚变为1个氦核(42He)的热核反应，核反应方程是411H→42He＋2X.已知质子、氦核、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c.下列说法中正确的是________(填选项前的字母)． A．方程中的X表示中子 B．方程中的X表示电子 C．这个核反应中的质量亏损Δm＝4m1－m2 D．这个核反应中释放的核能ΔE＝(4m1－m2－2m3)c2 2.下列关于核反应及衰变的表述正确的有________． A.2 1H＋3 1 H→4 2 He＋1 n是轻核聚变 B．X＋14 7N→17 8 O＋1 1 H中，X表示3 2 He C．半衰期与原子所处的化学状态有关 D．β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的3．关于以下三个核反应的说法正确的是________． ①238 92U→234 90 Th＋X ②14 7 N＋Y→17 8 O＋1 1 H ③235 92 U＋Z→144 56 Ba＋89 36 Kr＋31 n A．X、Y是同种粒子 B．B．X、Z是同种粒子 C．粒子Z是正电子 D．③属于天然放射现象 4．下列说法中正确的是( ) A．自由核子结合成原子核时，一定遵守质量数守恒 B．发生核反应时，反应前的总质量大于反应后的总质量，这个反应是放能反应 C．发生核反应时，反应前的总质量一定等于反应后的总质量 D．发生核反应时，反应前的总质量大于反应后的总质量，这个反应必须吸收能量才能发生 5．2011年3月，日本地震引发海啸，继而福岛核电站发生核泄漏．关于核电站和核辐射，下列说法中正确的是________． A．核反应堆发生的是轻核聚变反应 B．核反应堆发生的是重核裂变反应 C．放射性同位素的半衰期长短，不能用化学方法改变，但可以用物理方法改变 D．放射性同位素的半衰期长短与地震、风力等外部环境有关 6．α粒子轰击硼10后，生成氮13，放出X粒子，而氮13是不稳定的，它放出Y粒子后变成碳13，那么X粒子和Y粒子分别是( ) A．质子和中子 B．质子和正电子 C．中子和负电子 D．中子和正电子